Bil bärbar dators adapterdesign

0 förord

Den här artikeln hänvisar till adressen: http: //

Den snabba utvecklingen av informationssamhället har gjort att människor i allt högre grad är beroende av bärbara datorer, i hopp om att få information när som helst, var som helst, men användningen av bärbara datorer är alltid otillfredsställande. Med bilströmförsörjningen är användare inte oroliga för att deras datorer inte kan arbeta på grund av otillräcklig kraft, vare sig på vägen eller i naturen. För närvarande är många kraftförsörjningar ombord på marknaden att höja 12 V-spänningen på bilbatteriet till AC 220 V och sedan leverera ström till anteckningsboken genom själva datorns adapter. De två spänningsomvandlingarna leder emellertid till en minskning av effektiviteten, och kraften i bilbatteriet används snabbt, vilket resulterar i onormal drift av andra elektriska enheter på fordonet. Denna design konverterar 12 V DC -effekten från bilens cigarettändare direkt till en 19 V -spänning som kan användas av de flesta anteckningsbokmodeller. Det justerbara intervallet är ± 0,5 V. Ingångsspänningen sträcker sig från 10 V till 15 V. Även om ingångsspänningen har stora fluktuationer har utgångsspänningen en god justeringsförmåga.

1 Hur Boost -omvandlaren fungerar

Bilens cigarettändare matar ut en likspänning på 12 V, som inte överstiger 13,8 V ens när motorn är igång, vilket är lägre än 19 V -spänningen som normalt krävs för bärbara datorer. Spänningsomvandlaren omvandlas av en boost -omvandlare. Den grundläggande kretsen visas i figur 1. Den består av en strömbrytare T, en diod D, en lagringsinduktor L och en filterkondensator C. Induktorn är kontinuerligt laddad och utskriven, och den inducerade spänningen appliceras på strömförsörjningen Spänning för att generera en utgångsspänning högre än den som tillhandahålls av bilens cigarettändare.

Figur 1 Ökningskonverteringskretsstruktur

Boost -omvandlarkretsen kan ses som styrd av två omkopplare, en strömbrytare S och en diod D. Endast en av omkopplarna får stänga vid en given tidpunkt. De två driftstillstånden för kretsen visas i figur 2.

(1) S är påslagen och D är avstängd: ingången DC -kraftkällan Uin bildar en iin strömväg genom induktören L och Switch S. DC -strömförsörjningen laddar induktorn, induktorns ström ökar linjärt linjärt och den elektriska energin lagras i spolen i form av magnetisk energi. Vid denna tidpunkt är dioden D omvänd partisk, och utgångsbelastningsströmmen tillförs av den energi som ursprungligen lagrades på kondensatorn C, såsom visas i fig 2 (a).

(2) S avstängning, när d är påslagen: Eftersom strömmen i induktören kan inte hoppa, induceras en omvänd polaritetsinducerad spänning som visas i fig. 2 (b) i spolen. Därför lämnas polariteten för den inducerade spänningen negativ rätt positiv. Vid denna tidpunkt kommer dioden D in i framåtledningsstillståndet, och energin lagrad i induktorn under S -ledningsperioden levereras till kondensatorn C och belastningen RL genom dioden D. C Energin som laddas i detta skede levereras till Lasten RL under nästa S -avgränsningsperiod.

Figur 2 Principen för Boost-omvandlaren: Turn-On-fas (A) och avstängningsfas (B)

Låt strömbrytaren S ha en arbetscykel på D1 och dioden D har en arbetscykel på D2. Eftersom bara en switch är på när som helst är på när som helst:

Ingångsspänningen registreras som Uin och utgångsspänningen registreras som UOUT. Om S är påslagen kommer ingångsförsörjningsspänningen att absorberas av induktorn och det kommer inte att finnas någon spänningsfall över S. Om D-On-tiden är tillräckligt lång kan induktören L ses som en kortslutning och det finns ingen spänningsfall. Genom att ignorera den främre spänningsfallet för dioden härleds förhållandet mellan UIN och UOUT enligt följande:

Sedan D1 <1 är utgångsspänningen större än ingångsspänningen. Dessutom reglerar de två omkopplarna också utspänningen. Om utgångsspänningen är högre än 19 V måste utgångsspänningen tvingas sjunka. S är påslagen och D -avstängningen får kondensatorn och belastningen att tas bort från resten av kretsen. Vid denna tidpunkt fungerar kondensatorn som en kraftkälla för lasten. Urladdningen minskar spänningen över kondensatorn, vilket minskar utgångsspänningen. Om utgångsspänningen är under 19 V måste utgångsspänningen ökas. S är avstängd, D är påslagen och strömmen flyter genom dioden D, kondensator C och laddar RL för att bilda en slinga. När strömmen laddar kondensatorn ökar spänningen över kondensatorn, vilket får utgångsspänningen att öka.

2 PWM -kontroll

Strömbrytaren S i Boost -omvandlaren implementeras med en kraftmosfet som arbetar i växlingstillståndet, se figur 2. Efter att en serie pulser har applicerats på grinden kommer kraftröret att ständigt vara i ett alternativt växling och växling och växling och Förhållandet mellan avstängningen kan ändras för att justera utgångsspänningen. Anta att en period är t, t = ton, den positiva pulsen för pulsbreddmoduleringspulsen skickas till porten till kraftröret, k är på; När t = TOFF blir moduleringspulsen som skickas till K -röret noll volt eller negativ förspänning, S är i off -tillståndet.

Ovanstående ekvation visar förhållandet mellan utgångsspänningen och strömrörets växlingstid. På grund av den korta TOFF-tiden används lågeffektdioder och kondensatorer så att de inte överskrider det säkra driftsområdet. Annars kan enheten överhettas och skadas. De nuvarande och spänningsvågformerna för denna boost -omvandlare visas i figur 3.

Figur 3 Spännings- och strömvågformer vid 50% arbetscykel

Vågform (3) visar induktorns krusningsström, vilket ökar spolens storlek minskar krusningen, men det ökar också den fysiska storleken på enheten. Spolen ska inte vara för liten, annars kommer den inte att kunna ge tillräckligt med energi när MOSFET är avstängd, vilket kommer att förvärra utgångsspänningen. Spolen som används i denna design är 56 μH.

Alla kontrollfunktioner genomförs av Catalyst Chip UC3843 producerad av Unitrode. Den har funktioner som återkopplingsspänningsjämförelse, felamplifiering, pulsbreddmodulering, överströmsskydd och undervolteringsskydd [4]. Chipet genererar en pulsbreddsmoduleringssignal för kraftröret och styr på/av på/av switchröret och justerar utgångsspänningen genom att detektera utgångsspänningen och strömsignalerna. Ingångs- och utgångsspänningarna jämnas ut av en serie kondensatorer med låg effekt. Huvudkretsen visas i figur 4. De fyra elektrolytiska kondensatorerna med stor kapacitet (C1 till C4) anslutna parallellt vid ingångsändfunktionen som ett strömförsörjningsfilter, och C5 används för att filtrera bort högfrekvens harmoniska komponenter som genereras när den Kretsen fungerar. Spole L1 är ansluten parallellt med flera olika längder av emaljerad tråd för att minska effekten av ytan på höghastighetsomkoppling. Det högeffektiva omkopplingselementet K1 använder IR: s IRL2505. Käll-/dräneringsmotståndet för denna enhet är endast 8 MΩ under drift, så strömförbrukningen är mycket låg. Schottky Diode D1 är förpackad i220 med en maximal driftspänning på 45 V och en framåtspänningsfall på 0. Strömmen vid 63 V är 16 A. Låg ESR -elektrolytiska kondensatorer C6 till C9 används för att jämna ut utgångsspänningen och minska krusningen spänning. Kondensator C10 används för avkoppling av hög frekvens. Utgångsspänningen är uppdelad med R1, R2, R3 och P1 och matas till spänningsåterkopplingsingånget för IC1. Klockfrekvensen för IC bestäms av RC -nätverken R8 och C13 och arbetar vid cirka 42 kHz. En avkopplingskrets för strömförsörjning bestående av R12, C15 och C16 för att säkerställa tillförlitligheten för IC1 -drift.

3 Test

Se tabell 1 för kraftadapterns kraft och effektivitet under normal drift.

Dess höga effektivitet (vanligtvis 95%) minskar inte bara lasten på bilens batteri, det minskar också strömförbrukningen inuti adaptern. PCB -storleken är mindre än anteckningsbokens egen strömadapter.

Figur 4 Schematiskt diagram över huvudkretsen

Tabell 1 Testresultat och effektivitet

4 Slutsats

Detta dokument presenterar en 12 V DC/19 V DC-lösning för strömförsörjning ombord som använder bilbatterier för att ge kontinuerliga kraft till bärbara datorer.

Programmet kan inte bara tillgodose vanliga användares behov när de reser av sig själva, utan också möjliggör branschanvändare som vägar, bransch och handel, skatterevisioner, allmän säkerhet och geologi för att säkerställa strömförsörjningen av bärbara datorer när som helst och helt och hållet Använd de trådlösa kontorens egenskaper hos bärbara datorer. .